功能化金納米通道膜的製備方法及在雌激素雙酚a和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用的製作方法

2023-11-03 23:51:37 3

功能化金納米通道膜的製備方法及在雌激素雙酚a和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種功能化金納米通道膜的製備方法及在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，所述金納米通道膜上修飾有L-半胱氨酸，當pH＜pI時，L-半胱氨酸質子化，其Zeta電位為正值；當pH＞pI時，L-半胱氨酸去質子化，其Zeta電位為負值，所述pI為修飾在金表面的L-半胱氨酸的等電點，使帶有不同電荷的物質選擇性通過修飾有L-半胱氨酸的金納米通道膜；當pH＜pI時，L-半胱氨酸質子化而帶正電荷，鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）帶負電荷，對其在納米通道中的遷移具有促進作用，而環境雌激素雙酚A（BPA）不帶電荷，對BPA沒有這種作用，從而可以實現環境雌激素BPA和DBP的分離；本發明分離裝置簡單，操作簡便易行，為利用納米通道技術對環境雌激素進行分離與連續監測及現場監測打下基礎，具有較好的應用前景。
【專利說明】功能化金納米通道膜的製備方法及在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於納米通道膜材料的分子水平膜分離技術，具體地說是一種功能化金納米通道膜的製備方法及在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用。
【背景技術】
[0002]納米科技已經走過幾十年的歷程，取得了令人矚目的豐碩成果。納米通道技術是納米科技新興的的重要研究分支。納米通道的研究對象廣泛，滲透在各個領域中，已逐漸發展成為多學科交叉的研究對象。納米通道(nanopore,nanochannel,nanotube,nanotubIe)是指孔徑在0.1?100 nm的孔或管道結構。納米通道的比表面積大、尺寸可控以及管道易功能化修飾，使得其應用迅速發展，在化學、醫學、生命科學、材料科學等領域得到卓越的應用，並且在分離與檢測等領域也有著廣泛的應用。
[0003]金納米通道由於Au原子能與很多物質共價結合的特殊性質，可以將不同性質的化學或生物物質修飾在納米通道內，大大的增強了納米通道的選擇性，並且納米通道的孔徑簡單可控，使其在物質分離與傳感方面具有很高的應用前景。
[0004]環境雌激素(EEs)在環境中存在於許多人工化合物中，有一些由於其分子結構與人體內正常雌激素的分子結構非常相似，當它們進入人體後，由於與激素受體結合，幹擾維持自身平衡、生殖、發育等生理活動，在某些情況下，還可能引發組織或器官增生和腫瘤。它們的存在危害著人類的健康。雙酚A (Bisphenol A，BPA)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)都具有擬雌激素活性，微量甚至痕量濃度的量也可能對動物生理狀況、生殖系統以及胎兒發育會造成不良影響。以雙酚A為原料常用來製成樹脂用作牙齒填充物和包封劑時，雙酚A可從治療後的牙齒滲漏到唾液中，在用聚碳酸酯作襯漆的罐裝食物中也能檢測出雙酚A。研究表明環境雌激素對導致男性睪丸癌和前列腺癌發病率的上升、精子數量的減少、女性乳腺癌、子宮癌發病率的增加；對部分生態系統中動物雌雄比例失調、雄性動物雌性化等具有不容忽視的作用。隨著聚碳酸酯塑料製品以及其它高聚物製品的大量使用，此類雌激素還在生產和使用的高發期，嚴重影響人類身體健康。雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯對飲用水的汙染也引起世界各國的高度重視。
[0005]為嚴格控制產品質量，確保使用安全，保障人民身心健康，迫切需要建立雌激素類物質分離分析新方法。目前用於激素類物質常涉及到的方法中有放射免疫法、酶聯免疫法、氣相色譜法和高效液相色譜法，利用這些方法對食品和化妝品中雌三醇、雌二醇、炔諾酮、雌酮、已烯雌酚、己二烯雌酚及己烷雌酚等多種雌激素的分離分析方法進行了研究，取得了較好的效果。但是，這些方法複雜、費時、儀器攜帶不方便，有些還需要對試樣衍生化處理，周期較長。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種功能化金納米通道膜的製備方法及在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，所述金納米通道膜上修飾有L-半胱氨酸。
[0007]本發明是採用如下技術方案實現其發明目的的，一種功能化金納米通道膜的製備方法，它包括下列步驟:
⑴金納米通道膜的製備；
本發明在步驟⑴中，所述金納米通道膜的製備為將聚碳酸酯濾膜浸入色譜級甲醇中，清洗20min ;清洗後的聚碳酸酯濾膜浸入濃度為0.025mol/L氯化亞錫及濃度為0.007mol/L三氟乙酸的甲醇一水溶液中，所述甲醇與水的體積比為1:1，置恆溫搖床中震蕩45min，搖床轉速150r/min，使Sn2+均勻地吸附在聚碳酸酯濾膜的表面及膜孔內壁，置入甲醇中並用N2吹洗3次；再將聚碳酸酯濾膜浸入0.029 mol/L銀氨溶液中，同時通入N2,吹洗15min ;將聚碳酸酯濾膜取出，分別用甲醇和超純水各吹洗3~4次，每次2~3 min，然後，將聚碳酸酯濾膜浸入PH = 10.0的含7.9 X 10_4 mol/L的亞硫酸金鈉和0.5mol/L的甲醛混合溶液中，在4 °C溫度下沉積金4h，金被還原沉積在聚碳酸酯濾膜表面及膜孔內壁；取出聚碳酸酯濾膜用超純水洗3~4次後，用25 %硝酸溶液浸泡12h，除去聚碳酸酯濾膜表面上的Ag，再用超純水清洗，N2吹乾後即製得金納米通道膜。
[0008]⑵修飾:將步驟⑴製備的金納米通道膜浸入5mmol/L的L-半胱氨酸溶液中，室溫下放置3h，L-半胱氨酸通過金-硫鍵自組裝在金納米通道膜上，將金納米通道膜取出用無水甲醇清洗三次，N2吹乾後製得功能化金納米通道膜；所述功能化金納米通道膜在不同pH值下，通道內的L-半胱氨酸將發生質子化或去質子化，當pH pi時,L-半胱氨酸去質子化,其Zeta電位為負值,所述pi為修飾在金表面的L-半胱氨酸的等電點。
[0009]本發明在步驟⑵中，所述功能化金納米通道膜的孔徑為IOnm~80nm。
[0010]一種如上所述功能化金納米通道膜在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，將功能化金納米通道膜置於U形分離池的中間，使其一端為進樣池，一端為透過池；所述進樣池中加入雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯混合溶液，用磷酸鹽緩衝液調節混合溶液的pH < pi，所述透過池中加入相同pH值的磷酸鹽緩衝液，所述進樣池與透過池的液面一致，所述Pl為修飾在金表面的L-半胱氨酸的等電點；由於L-半胱氨酸質子化而帶正電荷，鄰苯二甲酸二丁酯帶負電荷，對其在納米通道中的遷移具有促進作用，而環境雌激素雙酚A不帶電荷，從而實現雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯的分離。
[0011]本發明所述U形分離池採用聚四氟乙烯材料製成。
[0012]為使溶液中各組分混合均勻，本發明所述U形分離池的進樣池和透過池中設有磁力攪拌子。
[0013]本發明所述功能化所述金納米通道膜用「〇」密封圈進行固定。
[0014]本發明所述功能化金納米通道膜的孔徑為IOnm~80nm。
[0015]由於採用上述技術方案，本發明較好的實現了發明目的，對金納米通道進行L-半胱氨酸修飾後，使得不同PH值下通道內的L-半胱氨酸將發生質子化或去質子化，導致帶有不同電荷的物質選擇性通過修飾了 L-半胱氨酸的金納米通道膜；當pH < pi (pi為L-半胱氨酸的等電點)時，由於L-半胱氨酸質子化而帶正電荷，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)帶負電荷，對其在納米通道中的遷移具有促進作用，而環境雌激素雙酚A (BPA)不帶電荷，對BPA沒有這種作用，從而可以實現環境雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯的分離；其分離裝置簡單，操作簡便易行，為利用納米通道技術對環境雌激素進行分離與連續監測及現場監測打下基礎，具有較好的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是內徑為50nm的聚碳酸酯濾膜的場效應掃描電鏡圖；
圖2是以圖1所示聚碳酸酯濾膜製備的金納米通道膜的場效應掃描電鏡圖；
圖3是本發明分離裝置的結構示意圖；
圖4是雌激素雙酚A (BPA)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)在金納米通道中的遷移圖；
圖5是雌激素雙酚A (BPA)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)在功能化金納米通道中的遷移
圖；
圖6是pH > pi (pH = 8)和pH < pi (pH = 2)時，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)在修飾了 L-半胱氨酸的金納米通道膜(Au-Mem/L-cys)中的遷移圖；
圖7是pH > pi (pH = 8)時，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)在金納米通道(Au-Mem)與修飾了 L-半胱氨酸的金納米通道膜(Au-Mem/L-cys)中的遷移圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
[0018]實施例1:
一種功能化金納米通道膜的製備方法，它包括下列步驟:
⑴金納米通道膜的製備；
本發明在步驟⑴中，所述金納米通道膜的製備為將聚碳酸酯濾膜浸入色譜級甲醇中，清洗20min ;清洗後的聚碳酸酯濾膜浸入濃度為0.025mol/L氯化亞錫(SnCl2)及濃度為
0.007mol/L三氟乙酸(CF3COOH)的甲醇一水溶液中，所述甲醇與水的體積比為1:1，置恆溫搖床中震蕩45min,搖床轉速150r/min,使Sn2+均勻地吸附在聚碳酸酯濾膜的表面及膜孔內壁，置入甲醇中並用N2吹洗3次；再將聚碳酸酯濾膜浸入0.029 mol/L銀氨(Ag(NH3)2+)溶液中，同時通入N2，吹洗15min ;將聚碳酸酯濾膜取出，分別用甲醇和超純水各吹洗3?4次，每次2?3 min,然後,將聚碳酸酯濾膜浸入pH = 10.0的含7.9X 10_4 mol/L的亞硫酸金鈉和0.5mol/L的甲醛混合溶液中，在4 °C溫度下沉積金4h，金被還原沉積在聚碳酸酯濾膜表面及膜孔內壁；取出聚碳酸酯濾膜用超純水洗3?4次後，用25 %硝酸溶液浸泡12h，除去聚碳酸酯濾膜表面上的Ag，再用超純水清洗，N2吹乾後即製得金納米通道膜。
[0019]本實施例選取內徑為50nm的聚碳酸酯濾膜製備金納米通道膜，由圖1、圖2可知，通過比較可以發現，金納米粒子均勻的分布在聚碳酸酯濾膜表面及膜孔內壁。
[0020]⑵修飾:將步驟⑴製備的金納米通道膜浸入5mmol/L的L-半胱氨酸溶液中，室溫下放置3h，L-半胱氨酸通過金-硫鍵自組裝在金納米通道膜上，將金納米通道膜取出用無水甲醇清洗三次，N2吹乾後製得功能化金納米通道膜；所述功能化金納米通道膜在不同pH值下，通道內的L-半胱氨酸將發生質子化或去質子化，當pH pi時,L-半胱氨酸去質子化,其Zeta電位為負值,所述pi為修飾在金表面的L-半胱氨酸的等電點。L-半胱氨酸的等電點是5.05。
[0021 ] 對金納米通道進行L-半胱氨酸修飾後，使得不同pH值下通道內的L-半胱氨酸將發生質子化或去質子化，導致帶有不同電荷的物質選擇性通過金納米通道膜。
[0022]本發明在步驟⑵中，所述功能化金納米通道膜的孔徑為IOnm~80nm。
[0023]本實施例製備的功能化金納米通道膜的孔徑為30nm。
[0024]實施例2:
由圖3可知，一種如實施例1所述功能化金納米通道膜在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，將功能化金納米通道膜I置於U形分離池的中間，使其一端為進樣池2，一端為透過池3 ;所述進樣池2中加入雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯混合溶液，用磷酸鹽緩衝液調節混合溶液的pH < pi，所述透過池3中加入相同pH值的磷酸鹽緩衝液，所述進樣池2與透過池3的液面一致，所述pi為修飾在金表面的L-半胱氨酸的等電點；由於L-半胱氨酸質子化而帶正電荷，鄰苯二甲酸二丁酯帶負電荷，對其在納米通道中的遷移具有促進作用，而環境雌激素雙酚A不帶電荷，從而實現雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯的分離。
[0025]本發明所述U形分離池採用聚四氟乙烯材料製成。所述聚四氟乙烯具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力。
[0026]為使溶液中各組分混合均勻，本發明所述U形分離池的進樣池2和透過池3中設有磁力攪拌子。
[0027]本發明所述功能化所述金納米通道膜I用「〇」密封圈進行固定。
[0028]本發明所述功能化金納米通道膜的孔徑為IOnm~80nm。
[0029]本實施例製備的功能化金納米通道膜的孔徑為30nm，將其置於U形分離池的中間，其有效透過面積為0.196 cm2。在進樣池2中加入雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯混合溶液8mL，用磷酸鹽緩衝液調節混合溶液的pH < pi，本實施例為pH = 2 ;在透過池3中加入相同PH值的磷酸鹽緩衝液8mL，所述進樣池2與透過池3的液面一致。
[0030]由於pH < pi (pi為L-半胱氨酸的等電點，L-半胱氨酸的等電點是5.05)，L_半胱氨酸質子化而帶正電荷，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)帶負電荷，對其在納米通道中的遷移具有促進作用，而環境雌激素雙酚A (BPA)不帶電荷，對BPA沒有這種作用；同時，在攪拌的作用下，利用30nm孔徑的功能化金納米通道膜進行DBP與BPA 二者的分離。每間隔30分鐘用高效液相色譜儀檢測透過池3物質的含量，測樣次數共5次，遷移時間共150分鐘。結果見下表
【權利要求】
1.一種功能化金納米通道膜的製備方法，其特徵是它包括下列步驟: ⑴金納米通道膜的製備； ⑵修飾:將步驟⑴製備的金納米通道膜浸入5mmol/L的L-半胱氨酸溶液中，室溫下放置3h，L-半胱氨酸通過金-硫鍵自組裝在金納米通道膜上，將金納米通道膜取出用無水甲醇清洗三次，N2吹乾後製得功能化金納米通道膜；所述功能化金納米通道膜在不同pH值下，通道內的L-半胱氨酸將發生質子化或去質子化，當pH pi時，L-半胱氨酸去質子化,其Zeta電位為負值,所述pi為修飾在金表面的L-半胱氨酸的等電點。
2.根據權利要求1所述功能化金納米通道膜的製備方法，其特徵是在步驟⑴中，所述金納米通道膜的製備為將聚碳酸酯濾膜浸入色譜級甲醇中，清洗20min;清洗後的聚碳酸酯濾膜浸入濃度為0.025mol/L氯化亞錫及濃度為0.007mol/L三氟乙酸的甲醇一水溶液中，所述甲醇與水的體積比為1:1，置恆溫搖床中震蕩45min,搖床轉速150r/min,使Sn2+均勻地吸附在聚碳酸酯濾膜的表面及膜孔內壁，置入甲醇中並用N2吹洗3次；再將聚碳酸酯濾膜浸入0.029 mol/L銀氨溶液中，同時通入N2，吹洗15min ;將聚碳酸酯濾膜取出，分別用甲醇和超純水各吹洗3~4次，每次2~3 min，然後，將聚碳酸酯濾膜浸入pH = 10.0的含7.9 X 10_4 mol/L的亞硫酸金鈉和0.5mol/L的甲醛混合溶液中，在4 °C溫度下沉積金4h，金被還原沉積在聚碳酸酯濾膜表面及膜孔內壁；取出聚碳酸酯濾膜用超純水洗3~4次後，用25 %硝酸溶液浸泡12h，除去聚碳酸酯濾膜表面上的Ag，再用超純水清洗，N2吹乾後即製得金納米通道膜。
3.根據權利要求1所述功能化金納米通道膜的製備方法，其特徵是在步驟⑵中，所述功能化金納米通道膜的孔徑為IOnm~80nm。
4.一種如權利要求1或2或3所述功能化金納米通道膜在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，其特徵是將功能化金納米通道膜置於U形分離池的中間，使其一端為進樣池，一端為透過池；所述進樣池中加入雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯混合溶液，用磷酸鹽緩衝液調節混合溶液的pH < pi，所述透過池中加入相同pH值的磷酸鹽緩衝液，所述進樣池與透過池的液面一致，所述Pl為修飾在金表面的L-半胱氨酸的等電點；由於L-半胱氨酸質子化而帶正電荷，鄰苯二甲酸二丁酯帶負電荷，對其在納米通道中的遷移具有促進作用，而環境雌激素雙酚A不帶電荷，從而實現雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯的分離。
5.根據權利要求4所述功能化金納米通道膜在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，其特徵是所述U形分離池採用聚四氟乙烯材料製成。
6.根據權利要求4所述功能化金納米通道膜在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，其特徵是所述U形分離池的進樣池和透過池中設有磁力攪拌子。
7.根據權利要求4所述功能化金納米通道膜在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，其特徵是所述功能化所述金納米通道膜用「〇」密封圈進行固定。
8.根據權利要求4所述功能化金納米通道膜在雌激素雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯分離中的應用，其特徵是所述功能化金納米通道膜的孔徑為IOnm~80nm。
【文檔編號】B01D67/00GK104014258SQ201410271948
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】鍾桐生, 黃杉生, 楊樂樂, 王亞東 申請人:湖南城市學院